1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

HỌC PHẦN ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC

19 631 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 19
Dung lượng 1,19 MB

Nội dung

Va chạm sẽ có hiệu quả nếu: - Các phân tử có một năng lượng đủ dư so với mức trung bình để vượt hàng rào năng lượng của phản ứng.. So sánh năng lượng hoạt động E theo thuyết va chạm và

Trang 1

HỌC PHẦN: ĐỘNG HÓA HỌC VÀ XÚC TÁC

LÝ THUYẾT

VỀ CÁC QUÁ TRÌNH SƠ CẤP

Trang 2

I Thuyết va chạm hoạt động

1 Va chạm hiệu quả

2 Cơ sở tính k

3 So sánh năng lượng hoạt động E (theo thuyết

va chạm) và năng lượng hoạt hóa Arrhenius (Ea)

4 Thừa số không gian P

II Thuyết phức chất hoạt động

1 Nội dung của thuyết

2 Bề mặt thế năng và đường phản ứng

3 Cơ sở tính k

Trang 3

1 Va chạm hiệu quả

Theo thuyết này, các phân tử muốn tương tác được với nhau thì trước tiên chúng phải va chạm với nhau Va chạm sẽ có hiệu quả nếu:

- Các phân tử có một năng lượng đủ dư so với mức trung bình

để vượt hàng rào năng lượng của phản ứng

- Chúng được định hướng trong không gian thích hợp với nhau

Va chạm không hiệu quả

Va chạm có hiệu quả

Trang 4

I Thuyết va chạm hoạt động

2 Cơ sở tính k

 Xét trường hợp các phản ứng khí hai phân tử:

A + B  C + D

 Đối với loại phản ứng này, kết quả tính cho thấy số va chạm giữa các phân tử A và B trong 1 cm3 khí và trong 1s bằng:

Trong đó:

n i – số phân tử chất i có trong 1 cm 3 hệ phản ứng

r i và m i – bán kính phân tử và khối lượng phân tử của chất I

k – hằng số Boltzmann ( k = R/N A )

B A

B A

B A

m m

k T r

r n n

phân tử.cm-3.s-1

 Số các va chạm, ở đó năng lượng của các phân tử bằng hay lớn hơn năng lượng hoạt hóa – số va chạm hoạt động – được tính theo Định luật Boltzman

RT E

hđ Z e

Trang 5

2 Cơ sở tính k

 Mỗi một va chạm hiệu quả giữa phân tử A và B đều dẫn tới biến đổi hóa học, thì tốc độ phản ứng bằng số va chạm hiệu quả, nghĩa là: v = zhđ

Tốc độ v của phản ứng sẽ bằng:

E

B A

B A

B A

m m

kT r

r n n z

v





2 / 1

.s-1

B A B

dt

dn dt

dn

(1)

(2)

 Từ (1) và (2), ta suy ra hằng số tốc độ phản ứng sẽ bằng:

E

B A

B

m m

k T r

r k





2 / 1

 Mặt khác, đối với phản ứng trên, có thể biểu diễn tốc độ:

Trang 6

I Thuyết va chạm hoạt động

2 Cơ sở tính k

• Để chuyển các đơn vị của v và k sang các đơn vị thông thường ( mol.l-1.s-1 và l.mol-1.s-1) cần chú ý rằng nồng độ C(mol.l-1) liên

hệ vói nồng đồ n( phân tử.cm-3) bằng hệ thức:

• Như vậy:

(Z’ : hằng số , không phụ thuộc nhiệt độ)

A

N

n C

3

10

RT

E RT

E

B A

e T z

e m

m kT





2 / 1

1

1

8

1000 A B

A B

A

A

r r

N C

C dt

dC

Trang 7

3 So sánh năng lượng hoạt động E (theo thuyết va chạm) và năng lượng hoạt hóa Arrhenius (Ea)

Mặt khác, từ phương trình Arrhenius:

Như thế:

Trong đó:

E- năng lượng hoạt hóa đích thực của phản ứng theo thuyết va chạm hoạt động

E a - năng lượng hoạt hóa xác định từ thực nghiệm

RT

E

e T

z k

 , 1 / 2

Theo mục I.2, ta có:

Nên suy ra:

Trang 8

I Thuyết va chạm hoạt động

4 Thừa số không gian P

Va chạm hoạt động là cần nhưng chưa đủ để phản ứng xảy ra Khi va chạm với nhau các phân tử còn phải định

hình thành liên kết mới được thuận lợi Để ý đến yếu tố này, người ta đưa thêm thừa số không gian P vào phương trình lý thuyết của k

Trang 9

4 Thừa số không gian P

Sự định hướng không gian giữa các tiểu phân va chạm cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

EOS

Định hướng thuận lợi Định hướng không thuận lợi

I - + CH 3 –Br → I……. CH 3…….Br →I _ CH 3 + Br

-Chất phản ứng Phức chất hoạt động Sản phẩm

Trang 10

TỔNG KẾT THUYẾT VA CHẠM HOẠT ĐỘNG

1 Va chạm hiệu quả

2 Hằng số tốc độ phản ứng

E

B A

B

m m

k T r

r k





2 / 1

3 Công thức liên hệ giữa năng lượng hoạt động E (theo thuyết va chạm) và năng lượng hoạt hóa Arrhenius (Ea)

4 Thừa số không gian P

Các phân tử có một năng lượng đủ dư so

với mức trung bình để vượt hàng rào

năng lượng của phản ứng

Chúng được định hướng trong không

gian thích hợp với nhau

Để chú ý đến yếu tố định hướng tương hỗ một cách thích hợp của các phân tử khi

va chạm với nhau, người ta đưa thêm thừa số không gian P vào phương trình lý

thuyết của k

Trang 11

1 Nội dung của thuyết

Theo thuyết này phản ứng giữa A và B diễn ra được là nhờ sự hình thành từ các phân tử phản ứng một tổ hợp tạm thời gọi là phức chất hoạt động nhằm cân bằng với chất phản ứng Có thể hình dung bằng sơ đồ sau:

A + B (AB)* X + Y

Thuyết phức chất hoạt động bỏ qua khái niệm thô sơ về

va chạm giữa các phân tử phản ứng mà xét thế năng của

hệ thay đổi như thế nào khi các phân tử trong hệ tương tác với nhau

Trang 12

II Thuyết phức chất hoạt động

1 Nội dung của thuyết

Ta xét một ví dụ: X + YZ XY + Z

 Khi nguyên tử X tiến gần đến phân tử YZ thì liên kết giữa X và Y

mạnh lên và liên kết XZ sẽ càng yếu dần

 Ðến một khoảng cách nàođó thì giữa X và Y xuất hiện một trạng thái không gian, ở đó X và Y gắn liền với nhau, nhưng chưa đến mức cắt đứt liên kết Y-Z, hình thành phức hoạt động Eyring gọi tổ hợp tạm

thời này là phức hoạt động còn Polani và Evans gọi là trạng thái

chuyển tiếp:

 Sau đó X tiến gần thêm, hình thành liên kết bền X-Y còn liên kết YZ bị phá vỡ hoàn toàn, dẫn đến tạo ra sản phẩm phản ứng

Trang 13

2 Bề mặt thế năng và đường phản ứng

Ðể theo dõi thế năng của hệ phản ứng thay đổi như thế nào, chúng ta khảo sát thế năng của hệ, theo khoảng cách của chúng khi chúng thẳng hàng:

Thế năng của hệ thay đổi theo khoảng cách r1 và r2 , nghĩa là

thế năng = f(r1, r2 ) Ta biểu diễn sự phụ thuộc này bằng tọa độ vuông góc 3 chiều

Những đường ở trên hình vẽ là quỹ tích của các điểm có cùng năng lượng Chúng được xếp càng cao ở trên trục thẳng đứng khi năng lượng càng cao

Sự phụ thuộc của thế năng vào khoảng

cách giữa các nguyên tử trong hệ

r2

r1

Trang 14

II Thuyết phức chất hoạt động

2 Bề mặt thế năng và đường cong phản ứng

Phép biểu diễn hai chiều dưới dạng bản đồ với các đường đồng mức

năng lượng được trình bày trên hình sau:

- Ở đồ thị này đường HAK là đường phản ứng Nó cho thấy, trong tiến trình phản ứng,lúc đầu năng lượng tăng lên, đạt đến giá trị cực đại ở điểm A, sau đó giảm xuống.

- Sự phân bố các đường đẳng năng lượng chứng tỏ rằng, sự lệch đi khỏi đường HAK về phía phải hay trái đều

có kèm theo sự tăng năng lượng

Đường này ứng với các năng lượng cực tiểu khi chuyển hệ phản ứng từ trạng thái đầu sang trạng thái cuối Nó phản ánh tập hợp các trạng thái có xác suất lớn nhất trong tiến trình phản ứng Điểm A, có năng lượng cực đại, ứng với phức chất hoạt động được tạo

ra trên đường phản ứng

Bản đồ năng lượng của hệ

Trang 15

2 Bề mặt thế năng và đường phản ứng

Nếu cắt “không gian” thế năng dọc theo đường phản ứng và trải lên một mặt phẳng ta thu được đường cong gọi là đường cong phản ứng

Trang 16

EOS

Hiệu ứng nhiệt

của phản ứng

( D H = E* t –E* n )

E* t< E* n D H < 0

E* t> E* n D H > 0 CO+NO 2 ↔ CO 2 +NO

II Thuyết phức chất hoạt động

2 Bề mặt thế năng và đường phản ứng

Trang 17

Trong phần thuyết phức chất hoạt động người ta xem như nhau tốc độ phản ứng

và tốc độ hình thành phức chất hoạt động

Một dao động cơ bản của phức chất hoạt động AB* gây ra sự phân ly Tần số ѵ của dao động này bằng Về thực chất ѵ chính là hằng số tốc độ k3 của phản ứng phân hủy phức chất hoạt động thành các sản phẩm

3 Cơ sở tính k

Xét phản ứng:

A+B (AB)* P

k1

k2

k3

*]

[ ]

][

[

*]

[

3

1 A B k AB

k dt

AB

Trong phần thuyết phức chất hoạt động người ta xem như nhau tốc độ phản ứng

và tốc độ hình thành phức chất hoạt động

*]

[ ]

][

[

*]

[

3

1 A B k AB

k dt

AB

Xét phản ứng:

A+B (AB)* P

k1

k2

k3

Trong phần thuyết phức chất hoạt động người ta xem như nhau tốc độ phản ứng

và tốc độ hình thành phức chất hoạt động

*]

[ ]

][

[

*]

[

3

1 A B k AB

k dt

AB

[AB*] coi như ổn định và ta có:

Xét phản ứng:

A+B (AB)* P

k1

k2

k3

Trong phần thuyết phức chất hoạt động người ta xem như nhau tốc độ phản ứng

và tốc độ hình thành phức chất hoạt động

*]

[ ]

][

[

*]

[

3

1 A B k AB

k dt

AB

[AB*] coi như ổn định và ta có:

*

; ]

][

[

*]

[

3

1

K k

k k

k B

A

AB

K   

Xét phản ứng:

A+B (AB)* P

k1

k2

k3

Trong phần thuyết phức chất hoạt động người ta xem như nhau tốc độ phản ứng

và tốc độ hình thành phức chất hoạt động

*]

[ ]

][

[

*]

[

3

1 A B k AB

k dt

AB

[AB*] coi như ổn định và ta có:

*

; ]

][

[

*]

[

3

1

K k

k k

k B

A

AB

K   

Xét phản ứng:

A+B (AB)* P

k1

k2

k3

Trong phần thuyết phức chất hoạt động người ta xem như nhau tốc độ phản ứng

và tốc độ hình thành phức chất hoạt động

*]

[ ]

][

[

*]

[

3

1 A B k AB

k dt

AB

[AB*] coi như ổn định và ta có:

* h

kT

* vK

*

3

Trang 18

Quá trình hình thành phức chất hoạt động cũng được quyết định bởi những quy luật nhiệt động đã được áp dụng cho các cân bằng hóa học thông thường Như vậy ,ta có :

II Thuyết phức chất hoạt động

3 Cơ sở tính k

Từ đây :

Vì ∆G* = ∆H* - T ∆S* nên:

Có thể chứng minh được rằng:

So sánh với phương trình Arrhenius ta thấy thừa số A trong phương trình

Arrhenius bằng:

A

Như vậy, thừa số tần số trong phương trình Arrhenius là hàm của entropi hoạt hóa

Trang 19

TỔNG KẾT THUYẾT PHỨC CHẤT HOẠT ĐỘNG

1 Nội dung của thuyết

Thuyết này xuất phát từ những quan niệm sau đây:

 Phản ứng hóa học xảy ra được là nhờ sự hình thành từ các tiểu phân phản ứng, khi chúng lại gần nhau, một tổ hợp tạm thời được gọi là phức chất hoạt động

 Phức chất hoạt động và các chất phản ứng nằm cân bằng với nhau

 Phức chất hoạt động sau khi được hình thành sẽ phân hủy để cho sản phẩm phản ứng

2 Bề mặt thế năng và đường phản ứng

Tiến trình phản ứng

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng thuận

và phản ứng nghịch

Hiệu ứng nhiệt của

phản ứng

∆H = E* t –E* n

3 Hằng số tốc độ phản ứng

Tiến trình phản ứng

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng thuận

và phản ứng nghịch

Hiệu ứng nhiệt của

phản ứng

∆H = E* t –E* n

Tiến trình phản ứng

Năng lượng hoạt hóa của phản ứng thuận

và phản ứng nghịch

Hiệu ứng nhiệt của

phản ứng

∆H = E* t –E* n

Ngày đăng: 28/04/2015, 11:39

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w